第三章 实验四　验证牛顿第二定律-【创新思维】2024高考物理一轮复习高考总复习配套教参（人教版 老教材 老高考）

实验四　验证牛顿第二定律 授课提示：对应学生用书第74页 [实验目的] 1．验证牛顿第二定律：物体加速度的大小跟它受到的作用力成正比、跟它的质量成反比，加速度的方向跟作用力的方向相同。 2．学会用控制变量法研究物理规律。 3．掌握利用图象处理数据的方法。　　 [实验器材] 打点计时器、交流电源、一端附有定滑轮的长木板、小车、纸带、细绳、砝码、小盘、垫块、天平、毫米刻度尺。 [实验原理] [实验步骤] 授课提示：对应学生用书第75页 热点一　教材原型实验 　实验原理与操作 1．平衡摩擦力——用小车所受的拉力替代合力 小车受力为重力、拉力、阻力、支持力，平衡摩擦力后，使重力、阻力和支持力的合力为零，则小车所受的拉力等于小车的合力。 2．小车质量(M)远大于悬挂物质量(m)——用悬挂物重力替代小车所受的拉力 由牛顿第二定律：系统加速度a＝g，小车所受的拉力F＝Ma＝M＝mg，显然，当M≫m时，F≈mg。 　某实验小组利用如图1所示的装置“探究加速度与力、质量的关系”。 (1)实验中除了需要小车、砝码、托盘、细绳、附有定滑轮的长木板、垫木、打点计时器、低压交流电源、两根导线、复写纸、纸带之外，还需要________、________。 (2)下列做法正确的是________。 A．调节滑轮的高度，使牵引小车的细绳与长木板保持平行 B．在调节木板倾斜角度平衡小车受到的滑动摩擦力时，将装有砝码的托盘通过定滑轮拴在小车上 C．实验时，先放开小车再接通打点计时器的电源 D．通过增减小车上的砝码改变质量时，不需要重新调节木板倾斜度 E．用托盘和盘内砝码的重力作为小车和车上砝码受到的合外力，为减小误差，实验中一定要保证托盘和砝码的总质量远小于小车和车上砝码的总质量 (3)某同学以小车和车上砝码总质量的倒数为横坐标，小车的加速度a为纵坐标，在坐标纸上作出的a　关系图象如图2所示。由图可分析得出：加速度与质量成________(选填“正比”或“反比”)关系；图线不过原点说明实验有误差，引起这一误差的主要原因是平衡摩擦力时长木板的倾角________(选填“过大”或“过小”)。 [解析]　(1)实验中需要用托盘和砝码的总重力表示小车受到的拉力，需测量托盘的质量，所以还需要天平。实验中需要用刻度尺测量纸带上点迹间的距离，从而得出加速度，所以还需要刻度尺。 (2)平衡摩擦力时应系上纸带，不能挂托盘；调节滑轮的高度，使牵引小车的细绳与长木板保持平行，A正确，B错误。平衡摩擦力后细绳与木板平行，且托盘和砝码的总质量远小于小车和车上砝码的总质量时，托盘和砝码的总重力近似等于小车和车上砝码受到的合外力，E正确。实验时应该先接通电源，后释放小车，使得纸带上点迹多一些，以便于测量加速度，还要多测几组数据减小偶然误差，C错误。通过增减小车上的砝码改变质量时，不需要重新调节木板的倾斜角度，D正确。 (3)a图象是一条直线，a与M成反比；图象在a轴上有截距，这是平衡摩擦力时木板的倾角过大造成的。 [答案]　(1)天平　刻度尺　(2)ADE　(3)反比　过大 　数据处理与误差分析 　某同学为了验证小钢球在光滑的斜面上保持相对静止的条件，设计了如下实验。装置如图1所示，一端带有定滑轮的长木板固定在水平桌面上，小车上固定一个很光滑的硬质斜面，车与斜面的总质量为M，细线的一端与小车相连接，另一端跨过定滑轮连接一个小桶，小车的后面连接纸带，纸带穿过固定在桌面上的打点计时器的限位孔，忽略所有接触面的摩擦和空气阻力，实验中可以通过往桶中增减沙子来实现斜面上的小钢球与小车在运动过程中保持相对静止。(g取9.80 m/s2，结果均保留三位有效数字，≈1.732) (1)某次释放小车后，该同学发现小钢球相对斜面向下滑动，他应向小桶内________(选填“添加”或“取出”)沙子。 (2)测量出斜面的倾角为30°，理论上要保持小钢球相对斜面静止，小钢球的加速度为________m/s2。 (3)某次实验观察到小钢球相对斜面静止时，打下一条纸带如图2，纸带上两相邻计数点间还有四个点没有画出，打点计时器打点的时间间隔T＝0.02 s，其中x1＝13.43 cm、x2＝19.44 cm、x3＝25.46 cm、x4＝31.47 cm、x5＝37.50 cm、x6＝43.52 cm，由纸带可知小车运动的加速度为______m/s2。 (4)实验发现(3)中算出的小车实际加速度与(2)中计算的理论值不相等，其原因可能是________。 A．斜面实际不够光滑，小钢球与斜面间摩擦力产生的影响 B．车与木板间摩擦力产生的影响 C．车与木板的质量没有远大于小桶与沙子的质量 D．纸带与打点计时器限位孔间存在摩擦产生的影响 [解析]　(1)由题意知，小钢球相对斜面向下运动，故小钢球水平加速度大于斜面加速度，